La física moderna és una branca de la física que es va desenvolupar a partir del segle XX, introduint nous conceptes i teories que van revolucionar la nostra comprensió de l'univers en nivells microscòpics i macroscòpics.
A diferència de la física clàssica, que es basa en les lleis de Newton, la física moderna se centra en fenòmens que involucren partícules subatòmiques, altes energies i la naturalesa quàntica del món.
Branques de la física moderna
Les diferents branques de la física que engloba la física moderna són:
Teoria de la relativitat
La teoria de la relativitat, desenvolupada per Albert Einstein, consta de dues formulacions:
-
La teoria de la relativitat especial: Aquesta teoria descriu com els fenòmens físics es comporten en sistemes inercials en moviment relatiu uniforme entre si. La base de la teoria de la relativitat especial es basa en dos postulats fonamentals: el principi de relativitat i la invariància de la velocitat de la llum.
-
La teoria de la relativitat general: és una extensió de la teoria de la relativitat especial que inclou la gravetat. Aquesta teoria proposa que la gravetat no és una força clàssica, sinó una manifestació de la curvatura de lespai-temps causada per la presència de massa i energia.
Aquestes teories descriuen el comportament dels objectes en moviment i la gravetat en termes despai i temps corbats.
Mecànica quàntica
La mecànica quàntica és la teoria que descriu el comportament de les partícules subatòmiques, com ara electrons i fotons.
A diferència de la física clàssica, la mecànica quàntica introdueix el concepte de la dualitat ona partícula, on les partícules poden exhibir propietats tant de partícules puntuals com d'ones.
Física de partícules
La física de partícules s'ocupa de l'estudi de les partícules subatòmiques i les forces fonamentals que hi actuen. La física de partícules estudia acceleradors de partícules i detectors per investigar les partícules elementals i les interaccions fonamentals.
Cosmologia
La cosmologia és la branca de la física moderna que s'ocupa de l'estudi de l'origen, l'evolució i l'estructura de l'univers en conjunt. Aquesta disciplina cerca comprendre la naturalesa de l'univers, la seva composició, la seva expansió i com ha evolucionat al llarg del temps.
Aquesta branca de la física combina conceptes i principis de la física teòrica, l'astronomia observacional i l'astrofísica per investigar qüestions fonamentals sobre l'univers.
Física de matèria condensada
La física de matèria condensada se centra en les propietats de la matèria en estats condensats, com ara sòlids i líquids, i com aquestes propietats emergeixen de la interacció d'àtoms i molècules.
Aquesta branca de la física moderna ha portat a avenços en l'electrònica, la superconductivitat i els materials avançats.
Qui és el pare de la física moderna?
El títol de "pare de la física moderna" és comunament atribuït a Sir Isaac Newton. Newton va ser un destacat científic, matemàtic i físic anglès que va viure als segles XVII i XVIII. Les seves contribucions van revolucionar la comprensió de la física i van establir les bases per a la física clàssica.
Newton va formular les tres lleis del moviment, conegudes com les lleis de Newton, que descriuen el comportament dels objectes en moviment. A més a més, va desenvolupar la llei de la gravitació universal, que explica l'atracció mútua entre els objectes amb massa. Aquestes lleis i conceptes fonamentals són fonamentals en la física clàssica i van asseure les bases per als estudis posteriors en física.
Newton també va treballar en òptica, fent experiments amb prismes i demostrant que la llum blanca es descompon en diferents colors en passar a través d'un prisma. El seu treball en òptica va establir les bases per a la comprensió de la naturalesa de la llum i la formació d'imatges.
Línia del temps de la física moderna
Línia de temps que destaca algunes fites importants a la física moderna:
1900: Max Planck introdueix la teoria quàntica en proposar que l'energia està quantitzada i ve en paquets discrets anomenats "quants".
1905: Albert Einstein publica la teoria de la relativitat especial que revoluciona la nostra comprensió de l'espai, el temps i l'energia.
1911: Ernest Rutherford estableix el model nuclear de l'àtom en descobrir que la major part de la massa i la càrrega positiva es concentra en un nucli petit i dens.
1924-1927: Louis de Broglie, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg i altres desenvolupen la mecànica quàntica, una teoria que descriu el comportament de partícules subatòmiques.
1927: George Gamow proposa la teoria del Big Bang, que postula que l'univers es va originar a partir d'una explosió primordial.
1932: James Chadwick descobreix el neutró, una partícula neutra al nucli atòmic.
1938: Otto Hahn i Fritz Strassmann van descobrir la fissió nuclear, un procés en què un nucli atòmic pesat es divideix en dos nuclis més petits.
1945: Primera detonació d'una bomba atòmica al Projecte Manhattan, marcant el començament de l'era nuclear.
1954: Primera producció d'energia elèctrica a partir de l'energia nuclear a una planta nuclear a Obninsk, Rússia.
1964: Murray Gell-Mann i George Zweig proposen l'existència dels quarks, partícules subatòmiques que componen els protons i els neutrons.
1990: Es posa en marxa el Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) al CERN, l'accelerador de partícules més poderós del món, per investigar les partícules i forces fonamentals.
2012: El descobriment del bosó de Higgs a l'LHC confirma l'existència del camp de Higgs, que atorga massa a les partícules.